مقایسه باتری‌های NMC و LFP: تاثیر نوع کاتد بر عمر و وزن پاور استیشن‌ها

بازار پاور استیشن‌های قابل حمل در دو سال گذشته از باتری‌های لیتیوم نیکل منگنز کبالت (NMC) به لیتیوم آهن فسفات (LFP) تغییر مسیر داده است؛ این یعنی حالا با پذیرش حدود ۲۰ درصد وزن بیشتر، عمر باتری شما ۶ برابر می‌شود. تولیدکنندگانی مانند EcoFlow، Bluetti و Jackery خطوط تولید پرچمدار خود را بازطراحی کرده‌اند و سلول‌های با چگالی انرژی بالا در نسل اول ژنراتورهای خورشیدی را با گزینه‌های سنگین‌تر و با دوام‌تر جایگزین کرده‌اند.

سال‌ها باتری‌های NMC به دلیل انرژی ویژه بالا (مقدار انرژی نسبت به وزن) بر بازار مسلط بودند. یک سلول NMC یون‌های لیتیوم را در کاتدی از جنس نیکل، منگنز و کبالت فشرده می‌کند، که باعث می‌شود یک پاور استیشن ۱۰۰۰ وات‌ساعتی تنها حدود ۱۰ کیلوگرم (۲۲ پوند) وزن داشته باشد. این ویژگی، مدل‌های اولیه را برای کمپینگ و کارهای سیار بسیار ایده‌آل می‌کرد. با این حال، ساختار کریستالی کاتدهای NMC تحت فشار شارژ و دشارژ فرسوده می‌شود. بیشتر پاور استیشن‌های NMC تنها برای ۵۰۰ چرخه شارژ رتبه‌بندی شده‌اند و پس از آن، ظرفیت نهایی آن‌ها برای همیشه به ۸۰ درصد ظرفیت اولیه کاهش می‌یابد.[1]

در باتری‌های LFP، آهن و فسفر جایگزین کبالت گران‌قیمت و حساس به حرارت شده‌اند. ساختار کریستالی الیوین حاصل از این ترکیب بسیار پایدارتر است و به یون‌های لیتیوم اجازه می‌دهد بدون تخریب شبکه کاتد، رفت و آمد کنند. پایگاه Battery University در بررسی فنی خود می‌نویسد: «لیتیوم-فسفات عملکرد الکتروشیمیایی خوب و مقاومت پایینی دارد. مزایای کلیدی آن شامل تحمل جریان بالا، چرخه عمر طولانی، پایداری حرارتی مناسب، ایمنی بیشتر و مقاومت در برابر استفاده نادرست است.»[1]

این پایداری مستقیماً به معنای طول عمر بیشتر است: یک سلول استاندارد LFP می‌تواند بین ۳۰۰۰ تا ۳۵۰۰ چرخه شارژ را طی کند تا به همان مرز ۸۰ درصد ظرفیت برسد. اگر روزانه از پاور استیشن خود استفاده کنید، یک دستگاه NMC در کمتر از دو سال افت شدیدی نشان می‌دهد، در حالی که یک مدل LFP نزدیک به یک دهه دوام می‌آورد. هزینه فیزیکی این پایداری، کاهش چگالی انرژی است؛ سلول‌های LFP برای ذخیره همان مقدار انرژی، ذاتاً سنگین‌تر و حجیم‌تر از سلول‌های NMC هستند.[1]

یک پاور استیشن مدرن ۱۰۰۰ وات‌ساعتی LFP معمولاً بین ۱۱.۷ تا ۱۳.۶ کیلوگرم (۲۶ تا ۳۰ پوند) وزن دارد، در حالی که استاندارد NMC حدود ۱۰ کیلوگرم (۲۲ پوند) است. برای یک سیستم پشتیبان خانگی ثابت یا نصب در کاروان، این اضافه‌وزن اهمیتی ندارد. اما برای کاربری که باید دستگاه را در یک کمپینگ جابه‌جا کند یا از چندین پله بالا ببرد، این وزن اضافی یک دردسر ارگونومیک روزمره است.

فراتر از چرخه عمر، شیمی LFP ایمنی باتری‌های بزرگ لیتیومی را به طور اساسی تغییر می‌دهد. سلول‌های NMC مستعد فرار حرارتی هستند؛ یک خرابی زنجیره‌ای که در آن سلول سوراخ‌شده یا بیش از حد داغ‌شده، اکسیژن آزاد می‌کند و باعث آتش‌سوزی پایداری می‌شود که خاموش کردن آن بسیار دشوار است. کاتدهای LFP هنگام خرابی اکسیژن آزاد نمی‌کنند. اگرچه در صورت آسیب شدید همچنان ممکن است گاز و دود متصاعد کنند، اما خطر یک آتش‌سوزی فاجعه‌بار و خودتغذیه‌شونده تقریباً از بین می‌رود؛ همین موضوع LFP را به بهترین گزینه برای سیستم‌های پشتیبان برق خانگی تبدیل می‌کند.[1][2]

بازار مصرف‌کنندگان متوجه این تفاوت شده و برندهای قدیمی را مجبور به تغییر رویه کرده است. برند Jackery که اعتبار خود را روی دستگاه‌های سبک‌وزن NMC بنا کرده بود، حالا با قدرت سری Plus خود را با سلول‌های LFP روانه بازار کرده تا با پیشگامان LFP مانند Bluetti و EcoFlow رقابت کند. این گذار باعث دوپاره شدن بازار شده و مدل‌های قدیمی‌تر NMC اغلب با تخفیف‌های سنگین به فروش می‌رسند. خریداران معمولاً فریب قیمت ۴۰۰ دلاری یک دستگاه ۱۰۰۰ وات‌ساعتی NMC را می‌خورند، غافل از اینکه یک مدل ۶۰۰ دلاری LFP در طول عمر خود، هزینه به ازای هر چرخه بسیار پایین‌تری دارد.

تنها کاربرد باقیمانده برای NMC، عملکرد در سرمای شدید و قابلیت حمل مطلق است. سلول‌های LFP در دماهای زیر صفر افت ولتاژ شدیدتری را تجربه می‌کنند که می‌تواند باعث شود سیستم مدیریت باتری دستگاه زودتر از یک مدل مشابه NMC خاموش شود. برای کوهنوردی زمستانی یا تجهیزات سیار خارج از شبکه که هر گرم وزن در آن‌ها اهمیت دارد، NMC هنوز یک برتری کاربردی جزئی دارد. اما برای سایر افراد، گذار به LFP یک ارتقای دائمی در زمینه ذخیره‌سازی انرژی مصرفی محسوب می‌شود.[1][2]